專利名稱:具有多個引動部件的能量發動機的制作方法
當仔細地考慮傳統發動機時,無論是對圓柱活塞型發動機還是旋轉活塞型發動機,人們都會意識到這些發動機的設計者們,如同發動機的使用者那樣,都希望發動機由最簡單的結構構成,而任其傳動裝置和差速器的傳動元件(例如朝向車輪的元件)更加復雜。而且我們在名稱為“能量裝置III”的發明中已經探索了這樣的簡單結構,該發明是加拿大專利1,229,749號的主題,于1985年3月18日提交申請,申請號476,720,
公開日為1987年12月1日。
本發明的目的是要指出,上述這一思路的缺陷在于它要耗費能量。事實上,單一引動(induction)件的發動機大大減少了其元件運動形式的可能性,這些元件在內燃發動機中用來使氣體壓縮和膨脹,而氣體則發生燃燒和產生出發動機動力。
因此,在下文中我們提出了一些橢圓形、8字形、三角形、直線形或其他形狀的組件,這使得多引動部件的發動機的元件產生運動。
傳統的發動機,尤其是活塞型發動機和旋轉發動機,是將思路推向簡單化極限這種傾向的典型實例。這種發動機在動力學上由單一元件進行起動,所述的單一元件要么是活塞發動機的曲軸,或者是旋轉發動機的帶有偏心輪的曲軸。相對于其余的較為靜止的元件而言,(運動)元件的運動是在傳統發動機中,插在汽缸中的活塞遵循著一條直線軌跡;而在旋轉發動機中,因為三角形活塞在發動機側部的著力點同時受力,因而其運動變成大致橢圓形的。
在這兩種情形中,既然在發動機的燃燒期間和隨后的第二階段中,就所消耗的能量來說扭矩被充分減小,所獲得的最初的幾何形狀其結果就是產生了很大的無益功率。
前面所說的內容“追求簡單化”,同樣適合于本發明“能量裝置III”。在該發明的其中一個實施例的更具體的情形中,葉片活塞以滑動方式插在一個轉動元件中,該元件轉動地并且以偏心方式與發動機的機體相配合,以便葉片活塞端部總是與半圓柱狀的機體相接觸,后者作為進氣室和燃燒室,因而也作為該機器的汽缸。但這個機器,盡管能夠省去傳統的閥,以及具有改善發動機扭矩的優點,但其缺點是產生很大的摩擦,因而元件之間的磨損很大,尤其是在端片和燃燒室的壁之間,其次是在葉片活塞和該葉片活塞以滑動方式所插入的轉動元件之間。
為了解決所有這些問題,并且通過一種肯定有益的設想,即允許較多數量的元件來形成發動機的運動,本發明提出了“多引動發動機”的概念。這種方式能夠為更獨特的和更能夠增加扭矩的諸元件提供運動,并消除不合理的摩擦面。這樣,如果增大燃燒所產生的能量并且簡化閥系統,可以想到,與較少數量的元件用于燃燒相反,我們需要上述所為來獲得同樣功率的發動機。與最初的想象相反,通過一種重要的方法,構造一個同樣功率的多引動發動機所需的元件總數將少于傳統發動機的元件總數。而且也因此使發動機的尺寸得以減小。
上述論證的目的是要尋求這樣的一種有益的機構,該機構能夠支承該能量發動機的元件,以便消除其中的摩擦。
盡管我們實現了機械地生產這種機構,將該機構連接至葉片活塞的每一端部,但為上述目的和通過更仔細地研究葉片活塞端部的運動,我們開始了我們的論證。在研究各端部相互間的運動時,我們首先注意到,端部的運動經歷了彼此相反的兩個階段,一個是加速階段,另一個是減速階段。因此,當一個端部通過壓縮行程進入其減速階段時,另一個端部進入其加速階段。
因而我們獲得了下述的幾何概念如果讓一個圓(發生圓)圍繞著相同尺寸的另一個圓滾動地繞軸轉動,并且跟隨第一個圓上的一固定點的運動,經歷其完整的一圈滾動以及因此的繞軸轉動,那么該點就將非常精確地描繪出所尋求的形狀,也就是葉片活塞端部所走過的形狀(圖2)。
從機械的角度來說,齒輪是這些圓的物質化體現。既然上述運動是葉片活塞端部之一的運動,很容易理解所述端部有兩個,所以需要兩個齒輪形式的圓。因此,我們提出了本發明的第一實施例(圖3),其中設想用兩個齒輪取代繞軸轉動的圓,稱之為“引動(induction)齒輪”,并且將它轉動地安裝在一個轉動元件的每一端上;后一個元件稱之為“引動支承件”,它被轉動地安裝在發動機機體中。這兩個相同尺寸的引動齒輪然后與另一個齒輪相嚙合,這個齒輪也是同一尺寸的,稱之為“支承齒輪”,它被牢固地連接于發動機中心。由此,如果將葉片活塞的每一端與引動齒輪直徑上的傳動點(points d’encrage)聯接起來,就能意識到;葉片活塞非常精確地繪出了我們所期待的運動,因此,所有不適當的摩擦都將消除,以及不再需要象先前所需的那樣,將葉片活塞插入到一個中央核心中。
在圖4和圖5這兩個圖中,依次表示了處在燃燒階段和膨脹階段中的葉片活塞。在第一時刻,可以看到,齒輪的兩個連接點如何同時處在其最低點。在這一位置時,燃燒室減小到最小程度,油氣準備燃燒;而在葉片活塞的另一側,進氣室擴張至最大程度。然后,表示了再轉過四分之一圈以后的諸元件的位置,而兩個連接點處于較高的位置。然后檢驗這種方式是否只是很通常的概念的一個變型。這就是為什么我們要在展示其他的特征之前首先展示這一概念的諸項變型。
因此在第一實施例中,不僅引動齒輪彼此同樣大小,而且可以看到,支承齒輪也與之同樣大小。在后面的一些實施例中,引動齒輪的大小將不同于支承齒輪的大小。
如果假定引動齒輪的尺寸是支承齒輪尺寸的二分之一,就給出了另一個圖。在這一情形中,由引動齒輪上的一點所產生的圖形是8字形(圖6)。由此,如果將每一個引動齒輪都連接于同一個三角形的元件,就得到了一種發動機,其運動類似于旋轉發動機的運動,然而是通過完全不同的另一種方式,并且是非常有益的方式,而產生的。事實上,如同在附圖的詳細說明中大量描述的那樣,元件的重新上升產生了所謂的“機械阻礙”,即一種鎖定作用,它系統地阻止元件朝后重新下降。因而在燃燒時,因為這是一種起作用的機械阻礙,三角形其中一邊上的推力就不會被該邊的另一部分部分地抵銷掉。作為合力,不是僅僅利用了推力的三分之一,確切地說是加倍,也就是利用了所設推力的三分之二(圖9)。
當引動齒輪的尺寸與支承齒輪的尺寸設置為1∶3時,就得到了本發明的第三個變型。所得到的形狀是半三角形的(
圖10),一個葉片活塞連接到引動齒輪上。在這一情形中,所獲得的發動機形狀具有三葉草的外形。
依照齒輪的比率是1∶4、1∶5…等,就能夠獲得隨后的形狀。與之相反,在僅有一個齒輪的情形中,運動形狀是橢圓形,傳統的活塞可連接到該齒輪上。
在每個形成的圖形中,可以引起凹的或凸的形狀運動,這取決于葉片活塞或三角形活塞是連接于圓的內側或外側,如圖22所示。
同樣,如果把從葉片活塞到支承齒輪的連接點調整為不再對應,就會發現,該點之間的距離在運動期間將擺動變化。這種方式使得能夠有益地使用柔性活塞。
至此,隨著從使用外齒齒輪開始的對多引動概念的論述,我們已經概述了本發明的一部分。
與先前所作的、只使用外齒輪的方式不同,現在使用幾對外齒和內齒組合的齒輪副,就能夠獲得一些有益的形式。
在這些情形中,確切地說,它涉及到外齒輪形式的引動齒輪嚙合于內齒輪形式的支承齒輪。
在所示的引人注意的附圖中,要留意三角形發動機的那個附圖。事實上可以想象,象在第一種情形中那樣,兩個相同的引動齒輪轉動地連接于一個轉動支承件,所述的兩個齒輪小于它們所嚙合的內齒支承齒輪一比率為1∶3。然后將葉片活塞連接至引動齒輪的傳動點。由此可以看到,該葉片活塞以這樣的方式描繪了一種運動,即在整個運動期間,葉片活塞的端部能夠順沿著葉片活塞的運動所在的三角形汽缸的壁,而且正如在圖12~14中能夠看到的那樣,這相繼增大和減小了燃燒室和進氣室。
這種方式肯定一開始源于我們極力尋求一種三沖程的發動機,其中一個附加沖程被插入到兩沖程發動機的兩個沖程之間。它涉及到集合氣體的沖程,將燃燒過的氣體趕走,然后代之以新的燃氣。因此,燃燒過的氣體絕不會重新回到燃燒室中,同樣,任何新的燃氣在排氣階段也不會被排出。
在單引動齒輪的實施例中,所獲得的運動是純粹的直線,并且可以在兩端連接于一個活塞(圖14,15)。
至此,我們已經展示了如何使用外齒輪或內齒輪來構造多引動的發動機。
應當考慮本發明的另一個變型,這次是設想多引動發動機的主要元件(葉片活塞或三角形活塞)由不同類型的引動件組合而成,例如齒輪和曲軸。
依照曲柄的運動方向是否與葉片活塞或三角形活塞的運動方向相同,可以得到兩種不同類型的實施例。
首先,涉及到制造一個葉片活塞,它的中心裝有曲軸的偏心輪(圖18)。然后,在一個按照與偏心輪徑向相對的方式設置的、并且作為引動支承件的曲柄中轉動地插入一個軸頸,軸頸的每端都裝有作為引動齒輪的外齒齒輪。外側的外齒輪與一個牢固地設置在發動機機體中的內齒齒輪相嚙合。位于內側的外齒輪與第二個內齒齒輪相嚙合,該內齒輪牢固地裝在葉片活塞體內。由此,如果內側的引動齒輪比外側的引動齒輪大一倍;或者,如果內側支承齒輪的尺寸是外側支承齒輪的二分之一,那么葉片活塞的運動將比曲軸的運動慢二分之一。由此產生非常獨特的結果,即葉片活塞將沿著與前面那些方式中相同的軌跡運行。
這同樣適用于三角形活塞,通過這種方式,三角形活塞將描繪出與兩個引動齒輪支承的情形相同的圖形。
利用這個齒輪和曲軸的多引動實施例的變型還能夠使研究更深入一步。但這次是借助于齒輪使葉片活塞的運動方向與曲軸的運動方向相反。這次我們獲得的元件轉動形式類似于三角形發動機的元件轉動(圖13)。事實上可以想象,葉片活塞與曲軸的偏心輪轉動配合。然后將支承齒輪牢固地裝到該曲軸上,支承齒輪自身與轉動地安裝在發動機組件中的樞轉齒輪相嚙合。隨后可以想到,該樞轉齒輪嚙合于旁側的一個引動齒輪,后者牢固地裝在葉片活塞體內。
因此,葉片活塞將經歷與曲軸和偏心輪相反的運動,也就是如果曲軸沿著(與活塞)相反的方向以相同的速度或快一倍的速度轉動,就將得到一種橢圓形汽缸的發動機,或者,在上述第二種情況下,得到一種三角形汽缸的發動機。
這種讓曲軸的偏心輪作為多引動元件的第二個支承件的方式,其諸多有益的結果之一在于,能夠局部地切開葉片活塞或三角形活塞,以便使偏心輪在燃燒時直接與燃氣相接觸。這種方式是為了在那時產生最大的扭矩(圖26)。
現在讓我們來論述最后一點,即功率向發動機外部的引出。
當然,首先功率可由曲軸引出;其次,功率可由支承軸引出,支承軸的速度與曲柄和/或葉片活塞的速度不同(圖24)。實際上,一個齒輪可以牢固地連接在該支承軸上,它(齒輪)能夠與該軸,這個將功率向發動機裝置的外部輸送的軸相配合(圖19)。
最后,由于葉片和三角形活塞具有擺動作用,它們可以被牢固地裝在側部中;與外齒輪相嚙合的內齒輪剛性地固定在一個軸上,由此,該軸向外輸出能量(圖24)。
附圖的簡要描述圖1再現了本申請人關于“能量裝置III”的一項發明的圖VI,該發明是加拿大專利1,229,749號的主題,于1985年3月18日提交申請,申請號476,720,
公開日為1987年12月1日。
在圖中可以看到主要的摩擦點,這促使本申請人構思了消除這些摩擦點的支承機構。
圖2是兩個圓的示意圖,第一個圓是固定的,而第二個圓圍繞著第一個圓滾動。由這一附圖可以從幾何上看到,通過第二個圓的滾動,位于這第二個圓上的一點所走過的行程。由該點實現的軌跡生成了一個大致的圓形,它精確地對應了本申請人始終所尋求的形狀,即葉片活塞的端部走過的軌跡。
圖3表示了一個發動機,它的結構體現了先前圖2所示的幾何內容。這里,用齒輪代替了圓。事實上,兩個我們稱之為“引動齒輪”的齒輪與一個被稱之為“支承齒輪”的齒輪轉動地嚙合,支承齒輪牢固地連接在發動機上。這兩個引動齒輪由一個轉動地安裝在發動機側部中的支承件所支承。通過一個元件將葉片活塞連接于這兩個引動齒輪。由此表明,葉片活塞就這樣繪出了所尋求的大致的圓形運動。在該附圖中,諸元件處于進氣和膨脹階段。
圖4表示了類似于圖3發動機的橫截面視圖,但它的元件處于進氣結束和燃燒階段。
圖5是與前一附圖類似的視圖,但它的元件處在兩個位置之間的、軌跡一半上的位置。
圖6表示了一個多引動實施例的幾何形狀,其中發生圓的大小是其支承圓的二分之一。由發生圓上的一點在其繞軸轉動時所繪出的形狀,類似于8字形。
圖7是圖5幾何內容的物質化結構。這里可以看到,葉片活塞由三角形活塞所取代。三角形的每一端點時刻貼靠在8字形汽缸的表面上。可以注意到,盡管活塞是三角形的,但仍能夠制造雙支承的發動機,其結果是每次燃燒時,牢固地連接著活塞的支承軸不處在相同的位置上。在燃燒時,這里的支承軸相對于燃燒表面是很好地對中的。
圖8表示了類似于前一附圖所示的發動機,但處于隨后的燃燒階段。在圖中可以看到,支承軸處在不同的位置,使得各個齒輪能夠同時到達其最高點。
圖9表示了類似于前面兩個視圖的發動機,但其中的元件已處于膨脹階段。
圖10表示了由發生圓所得到的幾何形態,這次的發生圓是其支承圓大小的三分之一。因而所獲得的運動形狀將類似于三葉形。
圖11是物質化的發動機結構,它的汽缸具有類似于前一視圖中的形狀。這里的葉片活塞處于進氣結束和燃燒階段。
第二部分的附圖包含了多引動發動機的一些實施例,但不再是僅由外齒輪來實現,而是也含有內齒輪。
圖12表示了在支承圓的內周上滾動的發生圓上的一點的運動。這里的位于內周上的發生圓其尺寸是支承圓的三分之一。
圖13表示了圖12中所示幾何內容的物質化結構,并且引出了三角形發動機的結構。這里的發動機已處于進氣結束和燃燒階段。
圖14是前一附圖的繼續,但其中的發動機處于膨脹階段。
圖15表示了由發生圓繪出的直線軌跡,發生圓的尺寸是其外部支承圓的二分之一,發生圓在支承圓的內周上繞自身軸線轉動。
圖16是圖15的物質化結構,在圖中可以看到,一個雙頭活塞連接到引動齒輪上。
圖17是以更詳細的方式表示的前一附圖的補充圖,圖中包括閥裝置、驅動校準裝置、電氣裝置…等。
圖18以及隨后的附圖表示了多傳動件發動機的一些實施例,在這些實施例中,引動元件包括使用一個曲軸。
圖18表示了一個多傳動件的發動機,它的兩個傳動部件其中之一是曲軸,而另一個則是齒輪組件。一個附加曲柄安裝在曲軸上作為支承件。通過一個引動軸,該曲柄引起葉片活塞相對于曲軸的特定的運動。這里,所引起的葉片活塞的運動沿著與曲軸運動相同的方向。
圖19表示了由相同方式獲得的、8字形發動機的實施例。
圖20表示了一種相反方式的多引動發動機,其中葉片活塞的轉動方向與曲軸的轉動方向相反。這種反向運動是通過支承齒輪而獲得的。這里涉及到以相反的方式來實現三角形發動機。
圖21表示了一個發動機,它的兩個完整部件是反向的,事實上,沿著彼此相反的方向滾動。這樣,一個部件就相對于另一個部件的反向齒輪,反之亦然。這種方式能夠減少元件的數量,并且增加發動機的扭矩。
圖22表示了一些內凹的形狀,這是通過將葉片活塞連接到引動齒輪上的連接點定位在(引動齒輪的)圓周線的內部而獲得的。
圖23表示了一些外凸的形狀,這是通過將葉片活塞的連接點定位在引動齒輪的圓周的外部而獲得的。
圖24表示了一個發動機,它的向外引動是從一個與支承軸相配合的軸處實現的。
圖25表示了一個發動機,它的引動直接從葉片活塞處進行,葉片活塞從內齒輪的一側與中心軸19相配合。
圖26表示了如何利用這樣的一些機構將葉片活塞開孔,以使曲軸的偏心輪直接承受燃燒作用。
附圖的詳細描述圖1再現了本申請人關于“能量裝置III”的一項發明的圖VI,該發明是加拿大專利1,229,749號的主題,于1985年3月18日提交申請,申請號476,720,
公開日為1987年12月1日。
在圖中可以見到的主要元件是發動機機體1,發動機汽缸2,旋轉地設置在發動機中的旋轉核心3,以滑動方式插在核心中的葉片活塞4,和以浮動形式插在葉片活塞每一端上的端片5。還能夠注意到,因為葉片活塞一端的伸出是由靠在汽缸表面7處的另一端的推動造成的,因而主要的摩擦點6就位于端片與汽缸體之間;第二摩擦點是位于葉片活塞和發動機中央核心8之間的部分。作用在葉片活塞上的氣體推力產生出一個與曲軸阻力方向相反方向的力,導致前述那個摩擦的中央核心就連接在該曲軸上。
圖2表示了相同尺寸的兩個圓,我們將它們稱作固定圓9和轉動圓(發生圓)10。可以看到該轉動圓在三個不同階段11,12,13的繞軸轉動。設定該轉動圓上的一個固定點14,通過該轉動圓的運動,在它圍繞支承圓(固定圓)滾過完整一圈之后,就可以描繪出該點14所作出的軌跡。這樣就獲得了大致圓形的形狀,這正是所尋求的形狀。
圖3是一個多引動裝置的對角線視圖,它的機械結構體現了前面附圖中所示的幾何學內容。在這里,固定圓和轉動圓由齒輪所代替,我們分別稱之為支承齒輪16和引動齒輪17。更明確地說,一個支承齒輪通過連接于固定軸8而間接地剛性連接于發動機機體。圍繞著該固定軸,在發動機機體和支承齒輪之間裝有引動齒輪的支承部件,被稱之為支承曲軸19。該支承曲軸的每一端有一個支承曲柄20,曲柄設有一個元件,例如軸23,引動齒輪轉動地安裝在軸23上。轉動地安裝在每個曲柄的端部上的引動齒輪是這樣的齒輪,使得它們與支承齒輪相嚙合;因此,當支承曲軸23轉動時,就將驅使這些齒輪自身繞軸轉動。這些齒輪中的每一個在其圓周上設有一個元件,例如引動軸22,以半轉動的方式將軸22連接至葉片活塞4。從此葉片活塞就將在汽缸24中被驅動,并且時刻受到支承,因而使得插在葉片活塞每一端的端片15能夠浮動,并且在適當摩擦的情況下與機器或者發動機的汽缸壁2相配合。
圖4表示了類似于圖3的那種發動機的橫截面視圖。其中的元件依照葉片活塞的側面所處的位置,要么處于燃燒階段,要么處于進氣結束階段。更準確地說,在這一附圖中可以看到在機器機體1中設有汽缸室,兩個引動齒輪17轉動地安裝在支承曲柄的端部上,并且與支承齒輪16嚙合。葉片活塞的每一部分都連接于支承齒輪上的引動軸。在這個視圖中,兩個支承軸同時到達其軌跡的最低點,因而葉片活塞重新回到水平位置,氣室26減至其最小狀態,這時允許燃燒;相反地,在葉片活塞的另一側面,所發生的事情正相反,因為進氣室27擴大至其最大狀態,這意味著這是進氣結束時刻。
圖5是類似于圖4的視圖,但其中的元件處在兩種狀態之間。將會注意到,與前一附圖相反,兩個引動軸同時到達其最高點,這就使得葉片活塞處于垂直位置。
圖6表示了一個多引動實施例的幾何形態,其中的發生圓18比其支承圓小二分之一。象前面的實施例那樣,首先應當想象發生圓圍繞著支承圓繞軸轉動。發生圓上的一點所描繪出的形狀29類似于8字形。
圖7是圖5幾何形態的物質化結構。發動機從齒輪的一側示出,以便更好地顯現其運行。類似于前面的實施例,兩個引動齒輪17轉動地安裝在各自的轉動軸頸20的端部,以便它們能夠同時與支承齒輪16嚙合。這里更愿意采用三角形的活塞25來取代前面視圖中的葉片活塞,一些引動軸22連接到該活塞上。活塞的每一端部都裝有浮動的端片5,這些端片在活塞運動的每時每刻都貼順著8字形的汽缸。還將注意到,盡管是三角形的活塞,但仍能夠制造雙支承的發動機。這使得每次燃燒時,牢固地連接著活塞的支承軸不處在相同的位置上。在燃燒時,這里的支承軸相對于燃燒表面是很好地對中的。
圖8形象地表示了元件中的活塞在緊鄰的兩個燃燒時刻所處的位置。還將注意到,盡管引動曲柄20不處在垂直的位置31,32,對于兩個引動軸來說仍處于它們的最高位置,這使得即便采用非對稱方式,三角形活塞的第二和第三表面也能夠處于其最高點。
圖9表示了類似于前面兩個視圖的發動機,但其中的元件已處于膨脹階段,也就是說處于兩個燃燒時刻之間。能夠看到,引動軸22處于旁側位置34,這能夠產生發動機力偶。還將注意到,這對于力偶是非常重要的,因為反力偶通常與元件的運動方向相反,它是作用在元件35上的負推力,該反力偶由使左側的引動齒輪上升的機械特性所抵銷。事實上,相反方向的元件運動趨勢36,37,38形成了一種機械阻礙,它的作用如同使三角形活塞具有自然的反復位特性。事實上,承受著自然的反復位機械阻止作用的三角形活塞左側部分,從此不再需要力偶另一側的補償作用。由于不存在用以抵銷反力偶所需的能量消耗,因而發動機力偶是雙倍的。
圖10表示了由發生圓10所得到的幾何形態,這次的發生圓是其支承圓9的三分之一。由此,如同在前述機械中那樣,隨著發生圓圍繞其支承圓作繞軸轉動,以及沿著發生圓上的一點14的軌跡,就能夠獲得類似于三葉形的形狀,并且能夠在發動機應用中獲益。
圖11是物質化的發動機結構,它的汽缸具有類似于前一視圖中的形狀。由于葉片活塞一側的部分24處于其最小狀態;而與之相反,對面的面對著兩段汽缸的部分27擴張至最大,因而這里的葉片活塞4處于進氣結束和燃燒階段。圖中的虛線表示葉片活塞50的后續運動。
圖12表示了發生圓10上的一點的運動,但這次是在支承圓9的內周上滾動。在這里,位于內周上的發生圓其尺寸是支承圓的三分之一。由于現在是內周上的圓將要滾動,在繞內周滾動一圈之后,也就是自身轉動三圈之后,內周圓上的指定點所產生的運動將類似于三角形40。應當注意,由于內圓是沿著外圓滾動,因此內圓10的滾動方向與其自身繞軸轉動的方向41相反。
因而區分滾動與繞軸轉動是很重要的。
圖13表示了圖12中所示幾何內容的物質化結構,并且引出了三角形發動機的結構。這里的發動機已處于進氣結束和燃燒階段。如同前一個實施例中那樣,一些引動曲柄20連接于曲軸19,曲軸19轉動地設置在發動機的一側,曲柄20的一端支承著引動齒輪17。但這里,引動齒輪17當然不是與一個外齒輪形式的支承齒輪16相嚙合,而是與一個內齒輪形式的支承齒輪16相嚙合,這使得其繞軸轉動的方向21b反向于滾動方向23。這里的發動機元件已處于燃燒階段。當葉片活塞4與三角形汽缸的一邊平行時,燃燒室26重新處于三角形汽缸的一邊與葉片活塞4之間。
圖14是前一附圖的繼續,但其中的發動機處于膨脹階段,即,處于兩次燃燒之間。可以看到,葉片活塞和三角形汽缸之間的空間51在燃燒力的作用下擴大。應當注意,葉片活塞的轉動方向52與支承曲軸的轉動方向53相同。
圖15表示了由發生圓上的一點14繪出的直線軌跡,發生圓的尺寸是其支承圓尺寸的二分之一,發生圓在支承圓的內周上繞自身軸線轉動。
圖16是圖15的物質化結構。實際想象一下,引動齒輪17轉動地安裝在支承曲柄20的端部;再想象一下該支承曲柄剛性地連接于支承曲軸19。引動齒輪17與內齒輪形式的支承齒輪16嚙合,支承齒輪的尺寸兩倍于引動齒輪的尺寸。連接于引動齒輪17的引動軸24然后再連接至連桿55,連桿55的每端都設有活塞56。引動軸的直線往復運動驅使活塞在各自的汽缸57中不斷地伸進和伸出。此外,這還能夠隔開每個汽缸的底部58,以便在那里產生兩沖程發動機所需的深度壓縮。通過只作直線運動的連桿就能夠實現這種方式,因而能夠制造出嚴格供氣的兩沖程發動機。
圖17是以更詳細的方式表示的前一附圖的補充圖,圖中包括閥裝置59、汽化裝置60、驅動校準裝置61、電氣裝置…等。特別是在驅動方面,本發明的一個更完整的實施例使人想到,單側的發動機驅動可能導致多處鎖定,所有的鎖定都與外部元件的驅動有關;還使人想到,在起動期間,鎖定就從外部轉到內部。這樣,當準備裝配一個三維的發動機時,有必要使每側的裝置部分地加倍,也就是說,制造兩套曲軸和曲柄,以及借助于一個平衡軸62將它們間接地連接起來。這個轉動地設置在發動機中的平衡軸62其每端上裝有齒輪63,齒輪63又與設在曲軸上的各自的齒輪64相嚙合。該平衡軸62還能夠用來向外輸出動力65。平衡軸上還可設有轉動齒輪66,它與點火軸67上的另一個齒輪相嚙合,后一個齒輪裝在軸桿67上,點火裝置所需的其他元件裝在軸桿之后。下方的進氣室可裝有閥59,并且與汽化裝置60相連,這樣就產生了兩沖程類型的汽化,然而卻是單一供氣的。
圖18表示了一個多傳動件的發動機,它的兩個傳動部件其中之一是曲軸69,而另一個則是齒輪組件。裝有偏心輪70的曲軸轉動地插在壓縮部件,例如葉片活塞4中。一個附加的引動曲柄19裝在曲軸上,并與偏心輪以180°角度相對。引動軸24轉動地插在引動曲柄上;而且可以看到,引動軸的每端都固定著一個引動齒輪17。位于外側的引動齒輪與內齒輪形式的支承齒輪16相嚙合,后者牢固地設置在發動機的側部中;至于裝在引動軸另一側的齒輪,它與內齒輪形式的支承齒輪16b相嚙合,后者牢固地設置在葉片活塞的側部中。這兩對齒輪的尺寸都經過計算,使得內部齒輪的尺寸是外部齒輪的二分之一。這樣,將導致葉片活塞沿著與曲軸轉動方向相同的方向轉動,但其轉速則是曲軸轉速的二分之一。事實上,當曲軸轉動時,在外側的引動齒輪與外側的支承齒輪兩者的嚙合作用下,引動軸24沿相反方向13轉動,引起減速。引動軸的另一端裝有內側的引動齒輪,籍此驅動牢固地連接在葉片活塞側部上的內側支承齒輪,因而也就驅動著葉片活塞,但其速度較低。通過這種方式,葉片活塞將描繪出所需的運動,這種運動已由前面附圖中所示的先前的裝置而實現了。
圖19是由與前一附圖相似的方式獲得的,它引出了一種8字形的發動機。事實上,這次可以將曲軸69的偏心輪轉動地連接于三角形活塞20b,并且將引動軸24轉動地設置在與偏心輪70相距180°角度的引動曲柄19上。然后,可以在該引動軸的每一端上裝上引動齒輪17。外側的齒輪將與內齒輪16相嚙合,后者牢固地設置在發動機的側部中。引動軸的內側齒輪17b將與內齒輪16b相嚙合,后者牢固地設置在三角形活塞的側部中。當然,如果希望活塞的運動順沿著汽缸的8字形形狀,還應當最后確定出兩對齒輪的尺寸,以便使三角形活塞的轉動比曲軸的轉動慢二分之一。通過這種方式,活塞表面的所有部分都將對曲軸起作用要么直接作用于曲軸本身,要么作用于引動曲柄。
圖20表示了一種相反方式的多引動發動機,其中葉片活塞4的轉動方向與曲軸的轉動方向相反。這種反向運動是利用引動軸一側的內齒輪和另一側的外齒輪而獲得的。這里涉及到以相反的方式來實現三角形發動機。為此,為曲軸19裝上偏心輪70,并且將曲軸轉動地設置在發動機機體中。然后將葉片活塞半轉動地連接到該偏心輪的周圍。此后,將驅動齒輪75牢固地裝在該曲軸上,齒輪75將與反向齒輪73嚙合,該反向齒輪73已被牢固地設置在反向軸74上,而反向軸74則轉動地裝在發動機機體中。然后,該齒輪73的反向部分將與牢固地設置在葉片活塞4側部中的、內齒輪形式的引動齒輪16b相嚙合。此后,就可以確定齒輪的尺寸,以便使葉片活塞的轉動比偏心輪的轉動慢二分之一。這兩個轉動已經是反方向的了。事實上,曲軸的轉動80驅使反向齒輪的反向轉動81,該反向齒輪在其滾動時,驅使葉片活塞沿著相反方向82轉動。這兩個反向運動的結果使得葉片活塞描繪出三角形發動機的三角形形狀,同時葉片活塞的每一端總保持貼靠在汽缸壁上。
圖21表示了一個發動機,它的兩個部件相互引動。這樣,一個部件就相當于另一個部件的齒輪,這除了能夠增加扭矩之外,還可以減少零件的數量。事實上,通過前面的說明,我們能夠想到,兩個部件可以用這樣的方式相結合使得元件的速度彼此互補。因而可以設想一個第一曲軸69,其上設有偏心輪70和葉片活塞(或三角形活塞)的驅動齒輪75。我們還可以設想,該第一曲軸有貫通孔101,孔中穿有第二曲軸69b。可以看到,這第二曲軸自身也裝有偏心輪70b。然而,第二曲軸的局部制得較細,以便使長度76上的那部分能夠穿過第一曲軸。第二曲軸的引動齒輪75b這次是從第一曲軸的偏心輪的另一側牢固地連接到第二曲軸的細部上。由此,這兩個由其中一個曲軸的引動齒輪和另一個曲軸的偏心輪所構成的部件,任何一個都能夠連接于葉片活塞。在每一種連接情況下,葉片活塞被裝到其中一個偏心輪上,而且葉片活塞的內齒輪與反向曲軸的引動齒輪相嚙合。由此可以看到,一個部件的運動導致了另一個部件的運動。事實上,假定第一曲軸沿著方向90滾動,它引起葉片活塞91沿同一方向轉動。然而,它的總是沿相同方向92轉動的驅動齒輪,其轉動驅使第二葉片活塞也轉動,但轉速慢二分之一。至于第二葉片活塞的轉動,它驅使其自身曲軸的偏心輪以兩倍的速度轉動;而該曲軸,通過它的以比第一葉片活塞的引動齒輪轉速慢二分之一的速度而轉動的齒輪,驅使它(第二葉片活塞)以慢二分之一的轉速轉動,這完全取決于其自身曲軸的運動。這種方式不僅減少了零件數量,而且增大了扭矩。事實上,對每個葉片活塞來說,可以看到,動力在兩個地方由多個元件引出,以便向外輸送。
圖22表示了一些內凹的形狀,這是通過將葉片活塞連接到引動齒輪上的連接點定位在(引動齒輪的)圓周線的內部而獲得的。
圖23表示了一些外凸的形狀110,111,112,這是通過將葉片活塞的連接點定位在引動齒輪的圓周的外部而獲得的。無論在內部還是外部,其運動都優于原始形狀的運動。
圖24表示了一個發動機,它的向外引動是從一個與支承軸相配合的軸處實現的。事實上,一個與外露齒輪93相嚙合的外齒驅動輪75設置在曲軸上,齒輪93牢固地裝在軸94上,而軸94則轉動地橫向裝在發動機機體中并向外輸出動力。
圖25表示了一個發動機,它的引動直接從葉片活塞處進行,葉片活塞從內齒輪94的一側與中心軸19相配合。
圖26表示了如何利用這樣的一些機構將葉片活塞或三角形活塞開孔,以使曲軸的偏心輪直接承受燃燒作用。同樣的一些開孔也可以設在三角形活塞上。
權利要求
1.一種如壓縮機或發動機的機器,包括如下構成機器的機體,機體中設有汽缸,葉片活塞半轉動地插在汽缸中;支承曲柄,轉動地安裝在該機器的機體中,并且其每一端都設有引動元件,例如引動軸;一些引動元件,例如引動軸,設置在引動曲柄的每一端上;引動齒輪轉動地安裝在這些引動元件上;一些引動齒輪,葉片活塞直接地,或者通過一個元件,連接于引動齒輪,并且這些引動齒輪與支承齒輪相嚙合;與引動齒輪相同尺寸的支承齒輪,牢固地設置在發動機中,以便引動齒輪同時與支承齒輪相嚙合;并且引動齒輪的直徑上有一個與葉片活塞相連的連接元件;葉片活塞,直接地或者通過一個元件連接于安裝在引動軸上的引動齒輪,該葉片活塞半轉動地插在機器的汽缸中。
2.如權利要求1所述的機器,其特征在于,其引動齒輪的直徑是支承齒輪直徑的二分之一;因此,其活塞是三角形的,以及汽缸是8字形的。
3.如權利要求1所述的機器,其特征在于,其引動齒輪的直徑是支承齒輪直徑的三分之一;因此,其活塞是葉片形的,以及汽缸是三葉形的。
4.如權利要求1至3其中之一所述的機器,其特征在于,包含多個如上構成的燃燒組件。
5.如權利要求1至3其中之一所述的機器,其特征在于,其引動軸牢固地連接于引動齒輪,并且轉動地插在支承曲柄的端部中。
6.一種如壓縮機或發動機的機器,包括如下構成機器的機體,機體中設有汽缸,葉片活塞半轉動地插在汽缸中;支承曲柄,轉動地安裝在該機器的機體中,并且其每一端都設有引動元件,例如引動軸;一些引動元件,例如引動軸,設置在引動曲柄的每一端上;引動齒輪轉動地安裝在這些引動元件上;一些引動齒輪,其圓周是支承齒輪圓周的四分之三;葉片活塞直接地,或者通過一個元件,連接于引動齒輪,并且這些引動齒輪與支承齒輪相嚙合,以便引動齒輪同時與支承齒輪相嚙合,并且引動齒輪的直徑上有一個與葉片活塞相連的連接元件;內齒輪形式的支承齒輪,牢固地設置在發動機中;葉片活塞,直接地或者通過一個元件連接于引動軸上的齒輪,該葉片活塞半轉動地插在機器的汽缸中。大致圓形的汽缸,葉片活塞在該汽缸中進行旋轉運動。
7.如權利要求4所述的機器,其特征在于,引動齒輪的尺寸是內齒支承齒輪的二分之一,作直線運動的引動軸通過一個元件,例如連桿,連接于傳統的活塞。
8.如權利要求4所述的機器,其特征在于,引動齒輪的尺寸是內齒支承齒輪的三分之一;以及葉片活塞產生大致為三角形的運動,并且被插入到大致為三角形的汽缸中。
9.一種如壓縮機或發動機的機器,包括如下構成機器的機體,機體中設有汽缸,裝有偏心輪的曲軸轉動地插在汽缸中;支承曲柄牢固地并且最好是與偏心輪方向相反地安裝在曲軸上,該曲柄設有引動元件,例如引動軸;引動元件,例如引動軸;引動齒輪轉動地設置在引動軸中,并且裝配在引動軸的每一端上;一些引動齒輪,位于引動軸的每一端上,其中之一與發動機的支承齒輪相嚙合,另一個與葉片活塞的支承齒輪相嚙合;支承齒輪,牢固地設置在發動機機體中,并且與引動軸上外側的引動齒輪相嚙合;支承齒輪,牢固地設置在葉片活塞的側部上,并且與引動軸上內側的引動齒輪相嚙合;葉片活塞,半轉動地設置在發動機的汽缸中;曲軸的偏心輪轉動地插在葉片活塞中;葉片活塞的支承齒輪與內側的引動齒輪相嚙合;內齒輪形式的支承齒輪,牢固地設置在發動機中;葉片活塞,直接地或者通過一個元件連接于引動軸上的齒輪,并且半轉動地插在機器的汽缸中;大致為圓形的汽缸,葉片活塞在該汽缸中進行大致為旋轉的運動。
10.如權利要求9所述的機器,其特征在于,其活塞是三角形的,汽缸是8字形的。
11.一種如壓縮機或發動機的機器,包括如下構成機器的機體,機體中設有汽缸,裝有偏心輪的曲軸轉動地插在汽缸中;支承曲柄牢固地并且最好是與偏心輪方向相反地安裝在曲軸上,該曲柄設有引動元件,例如引動軸;引動元件,例如引動軸;引動齒輪轉動地設置在引動軸中,并且裝配在引動軸的端部上;與支承齒輪相嚙合的引動齒輪,其尺寸是葉片活塞引動齒輪尺寸的二分之一;支承齒輪,轉動地設置在機器的機體中,并且一部分與引動軸的引動齒輪相嚙合,另一部分與葉片活塞側部上的內齒引動齒輪相嚙合;內齒引動齒輪,牢固地設置在葉片活塞的側部上;葉片活塞,半轉動地設置在發動機的汽缸中;曲軸的偏心輪轉動地插在葉片活塞中;葉片活塞的引動齒輪與支承齒輪相嚙合;內齒輪形式的支承齒輪,牢固地設置在發動機中;葉片活塞,直接地或者通過一個元件連接于引動軸上的齒輪,并且半轉動地插在機器的汽缸中;大致為圓形的汽缸,葉片活塞在該汽缸中進行大致為旋轉的運動。
12.如權利要求11所述的機器,其特征在于,曲軸的引動齒輪的大小是葉片活塞的內齒引動齒輪的三分之一;以及汽缸是三角形的。
13.一種如壓縮機或發動機的機器,包括如下構成機器的機體,機體中組裝有運動相反的兩個部件;第一曲軸,轉動地安裝在機器的機體中,并且裝有偏心輪和引動齒輪;該曲軸從一端到另一端設有貫通孔,以便讓第二曲軸從中穿過;第一葉片活塞,轉動地設置在發動機的汽缸中,并且連接于第一曲軸的偏心輪;其牢固地設置在葉片活塞側部中的引動齒輪與第二活塞的引動齒輪相嚙合;第二曲軸,從第一曲軸中穿過,并且裝有偏心輪;第二葉片活塞相連到該偏心輪上,以及引動齒輪與第一曲軸的內齒引動齒輪相嚙合;第二葉片活塞,轉動地安裝在發動機的第二汽缸中,并且轉動地連接到第二曲軸的偏心輪上;所述的葉片活塞通過其內齒引動齒輪的一個元件,連接于第一曲軸的引動齒輪。
14.如權利要求1或4或9所述的機器,其特征在于,其運動軌跡是外凸狀的。
15.如權利要求4或9所述的機器,其特征在于,其運動軌跡是內凹狀的。
16.一種多傳動件的機器,其向外引動是由一個連接于支承曲柄的軸產生的。
17.一種多傳動件的機器,其向外引動是從曲軸處進行的。
18.一種多引動件的機器,其向外引動是從一個連接于橫向軸的內齒引動齒輪處進行的。
19.一種機器,其葉片活塞或其他活塞設有開孔,以便曲軸偏心輪的表面能夠直接承受燃燒作用。
全文摘要
在傳統的發動機中,發動機諸元件的動態支承件通常方式下只有單一的個,通常也就是曲軸。本發明的一些實施例是要表明如何使用多個引動元件,使產生能量效益的諸元件獲得更加多變的運動。此外,即便是在其元件的運轉方式保持與傳統方式相同的那些發動機中,將多引動的概念應用于其主要元件的運動支承,也能夠獲得很大的能量增益。并且能夠改正發動機、壓縮機或泵等傳統機器的缺陷,使它們的性能更好。
文檔編號F04C29/00GK1426509SQ0180860
公開日2003年6月25日 申請日期2001年3月14日 優先權日2000年3月15日
發明者諾爾芒·博杜安 申請人:妮維詩股份有限公司